本研究では、ヤギから摘出した新鮮食道を用いて、様々な生体の材料試験を行った。
圧容積試験では容積負荷として生理食塩水を注水し、その時の内圧の変化を計測し内圧 と容積の関係を得た。得られた内圧と容積の関係から、動脈硬化の指標として用いられ ているステフィネスパラメータβを用いて、食道壁の管腔臓器としての剛性を数値化し た。結果として上部食道では円周方向の剛性が高いことが示唆された。これによって食 道の材料力学的な性質は部位によって異なることが示唆された。また詳細な材料力学的 な特性分布の検討を目的として、食道のリング状試料を用いた引張試験を行った。リン グ状食道試料に対して引っ張りを行うことで、応力応答および応力緩和を計測し生体の 非線形性の特性を解析するために、非線形粘弾性モデルを構築しそれを用いて解析を行 った。その結果から食道の材料力学的なパラメータのいくつかは、圧容積試験の結果を 支持する結果だけではなく、それぞれの解剖学的な位置の中でも周期性をもって変化し ていることが示唆された。これらのパラメータの変化は人工食道ステントの収縮特性分 布の設計パラメータとして有用であると考えられる。加えて、食道の蠕動運動時の動的 な状態の特性解析を行うために、レオメータを用いて粘弾性解析を行った。圧容積試験 および引張試験と比して、拡張の一方方向の変位だけではなく繰り返しの変位に対する 特性解析を行い、また与える変位を蠕動運動の振動周期と同程度の変位を与えることで 食道の食物輸送時の材料力学的変化を計測した。また摘出した新鮮食道の組織染色を行 い、円周方向と長軸方向の筋層の割合と解剖学的位置の比較を行った。これらの結果か ら上部食道では円周方向の筋層が豊富であり、下部食道では長軸方向の筋層が豊富であ ることが示された。
これらの材料力学的試験の結果と組織染色の結果から、生体の食道の蠕動運動は上部 から下部にかけて周期的な割合で分布をする円周方向と長軸方向の収縮で表せられる と考え得られる。そこで本研究の人工食道ステントのための食物運搬機構も、生体食道 の収縮特性分布に則った分布を持つ収縮機構とした。またその機構を、埋込可能な大き さで具現化するために形状記憶合金線維およびねじれ収縮構造部それぞれの設計を行 った。また摂食とは随意運動と不随意運動が繋がる動作であるため、人工食道ステント だけではなく他の臓器との連携が必要となる。そこで嚥下検知システムとして加速度セ ンサおよび 3 次元位置情報センサを用いて駆動制御機構の開発を行った。
以上により本研究題目である、埋込可能な能動的食物運搬機構を有する人工食道ステ ントの基礎的な開発を行えたと結論付けた。
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2. 平 恭紀，白石 泰之，井上 雄介，三浦 英和，山田 昭博，北野 智哉，山家 智之．
「摺動部洗浄用水を用いる補助人工心臓の完全漏水モデルを用いた溶血試験」．『医 工学治療』．Volume 29(3)．P127-133. 2017.
3. Y. Taira and C. E. McNamee, 「Polysaccharide films at an air/liquid and a liquid/silicon interface: effect of the polysaccharide and liquid type on their physical properties」．『Soft Matter』．Volume 10. P. 8558–8572. 2014.
（2）学術雑誌等（紀要・論文集等も含む）に発表した論文,著書
1. 平 恭紀，白石 泰之，井上 雄介，山田 昭博，坪子 侑佑，池田 純平，荒川 友哉，
弓場 充，駒村 寛，東條 誠也，八亀 健，山重 大樹，山家 智之．「食感特性評価 のための嚥下挙動解析」．『第20回日本統合医療学会学術大会論文集』．Volume 20(1)．
P. 38-42．2016【学位論文第4章】
2. 平 恭紀，白石 泰之，井上 雄介，山田 昭博，坪子 侑佑，池田 純平，荒川 友哉，
弓場充，渡辺 祥太，本間 大，山家 智之．「動物実験データに基づく人工食道開 発アプローチ」．『Medical Engineering & Preclinical Studies』．Volume 1(1)．P. 19-20．
2016【学位論文第2章および第3章】
3. Y. Taira, Y. Shiraishi, H. Miura, Y. Inoue, A. Yamada, Y. Tsuboko, T. Suzuki, Y. Hagio, S.
Mura, S. Watanabe, J. Ikeda, D. Homma, T.uki Yambe．「Compliance Change in Natural Esophagus for the Sophisticated Design of Artificial Esophagus」．『Biomedical Science and Technology』．Volume 1(1)．P. 23-26．2015【学位論文第2章および第3章】
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